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第3章
网络共建共享的概念及原理

2011年前后,电信运营商已经开始在互联互通、共建共享方面做出积极的探索与实践。为了减少和避免电信基础设施重复建设,合理配置电信资源,电信运营商之间通过共建共享电信基础设施,包括通信铁塔、杆路、管道、基站机房、市电设施等,以成本为基础,附加其他综合收益,进行租赁费用结算。

网络共建共享虽然并非在5G阶段才出现的新技术,但是在5G时代大力发展,成为网络建设的一种趋势。例如,中国电信和中国联通的共建共享(中国电信和中国联通拥有中频3.5GHz 200M带宽,加上2.1GHz 45M带宽),中国移动和中国广电的共建共享(中国移动和中国广电拥有700MHz中的30M带宽,以及2.6GHz中的160M带宽和4.9GHz中的160M带宽,高中低频配齐)。

5G网络的建设难度众所周知,不论从基站密度、单基站耗电量和单基站建设成本的角度来看,相对于4G网络,都是数倍增长。5G网络的引入,给电信运营商带来了巨大的投资压力。为了破解5G网络巨大投资带来的难题,5G网络共建共享被提上日程,希望能通过5G网络共建共享,降低电信运营商5G网络建设的投资和运维成本,并且快速实现5G网络大规模覆盖。

3.1 网络共建共享概念

通常来说,考虑到通信设备软硬件价格、基站的建设施工、后续的运营维护,电信运营商面临5G网络建设大笔金额支出的压力。因此,越来越多的电信运营商考虑使用网络共享的方式来建网,几家电信运营商通过共享网络基础设施,分摊成本,快速提供网络服务,互惠互利。网络共享是怎么做到共享基站的呢?要知道网络共享只是共享网络,不是共享用户,必须要做到用户无感知。那么,手机是如何区分各个电信运营商的网络呢?

这一切都要从公共陆地移动网(Public Land Mobile Network,PLMN)说起,PLMN由移动国家代码(Mobile Country Code,MCC)和移动网络代码(Mobile Network Code, MNC)这两个部分组成。一组“MCC+MNC”就唯一标识了一张网络。中国的移动国家码是460,移动网络码为两位数字,从00开始。举例来说,中国移动的移动网络码有两个:00和02,中国联通的移动网络码是01,中国电信的移动网络码是03。例如,用46001这5位数字就能在全球唯一标识中国联通的网络了。

由此可见,手机要识别电信运营商网络,最关键的就是识别PLMN。要提供持续的网络服务,每个小区都必须不断地广播PLMN号,让手机接入正确的无线网络,再连接到对应的核心网提供服务。假如没有漫游,中国移动用户如果试图接入中国电信的网络,唯一的结果就是鉴权不通过,拒绝接入。

3.2 网络共享的模式

第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project,3GPP)在5G标准制定之初即考虑到了网络共享,明确要求终端、无线接入网(Radio Access Network,RAN)和核心网侧都支持5G网络共享功能。根据共享程度的不同,网络共享分为5种模式:漫游、站址共享、多运营商无线网(Multi-Operator Radio Access Network,MORAN)共享、多运营商核心网(Multi-Operator Core Network,MOCN)共享和网关核心网(Gate Way Core Network,GWCN)。

1.漫游

在这种方式下,其中一个电信运营商完全没有实体网络,无线接入网、承载网、核心网都是租用其他电信运营商的,自己只需建设用户管理和业务平台。这种方式虽然不用花费时间和精力去建网,还可以借助别人的成熟网络迅速开展业务,但是资源的使用优先级必然靠后,没有任何网络自主权。因此,通常来说,漫游只是权宜之计,只有建设自己的网络才能掌握网络主动权。

2.站址共享

在这种方式下,两家电信运营商只共享物理站址,包括机房、铁塔、电源、天馈系统等。这部分基础设施可以由其中一家电信运营商负责,也可以由第三方企业负责,然后提供给各家电信运营商。通俗地说,站址共享是默认支持的,这种方式可以实现资源共享、减少重复投资的目标。

3.MORAN

这种方式的共享比站址共享更近一步,把无线接入网的主设备——基站也共享了。虽然共享了基站,但是程度还不够彻底,只共享基站内部和无线接入资源无关的模块,而最关键的小区和频点仍然是独立的。

对手机来说,MORAN的表现和是否网络共享没有太大区别。由于各家电信运营商的小区独立,它们在各自的小区广播中发送自身的PLMN编码,手机按自己的网络进行接入即可。因此,MORAN的实现比较简单,也不需要3GPP对其制定额外的标准。

4.MOCN

3GPP R15版本推荐了MOCN和GWCN两种模式的共享网络架构。MOCN是指一个RAN可以连接到多个电信运营商核心网节点,可以由多个电信运营商合作共建RAN,也可以是其中一个电信运营商单独建设RAN,而其他电信运营商租用该电信运营商的RAN。

MOCN共享网络架构下,共享载波和独立载波共享模式如图3-1所示。独立载波共享时,基带处理单元(Base Band Unit,BBU)共享对接同厂家射频拉远单元(Remote Radio Unit,RRU)/有源天线单元(Active Antenna Unit,AAU),各电信运营商RRU/AAU独立,各载波独立配置和管理。无线测gNodeB内部,使用逻辑上独立的不同小区提供给多个电信运营商独立使用。共享载波共享模式中的BBU、RRU/AAU均共享,站点侧RAN设备全共享,共享不同电信运营商的某段或某几段载波,形成一个连续大带宽的共享载波,进一步降低基础设施和设备费用。

图3-1 共享载波和独立载波共享模式

5.GWCN

GWCN是指在共享RAN的基础上再进行部分核心网共享。但是目前,5G系统只有5G MOCN共享模式,除了规定用户体验(User Experience,UE)、RAN、接入和移动性管理功能(Access and Mobility Management Function,AMF)应支持电信运营商使用多个PLMN ID(用来识别电信运营商)的能力,没有针对GWCN给出相应的说明和要求。

这种方式的共享又比MOCN更近了一步,不但共享了无线接入网的主设备——基站硬件和无线接入资源相关最关键的小区和频点,而且共享了核心网的部分网元。

对于无线侧来说,GWCN和MOCN一样,都需要考虑基站内部的资源分配和管理问题。对于核心网来说,共享的网元也需要考虑容量的分配。另外,作为用户管理的归属用户服务器(Home Subscriber Server,HSS)是5G核心网中的关键网元,它不共享。各家电信运营商的高层业务平台具有差异性,也不共享。

3.3 网络共享关键技术

网络共享关键技术涉及UE注册到对应核心网、移动性管理、无线资源共享方式、网管模式、5G新特性与网络共享等。

1.UE注册到对应核心网

无论是独立载波共享模式还是共享载波共享模式,都涉及共享网元如何将不同电信运营商的用户信令正确路由到相应电信运营商的核心网元,即多个电信运营商的用户信令路由问题。共享网元与核心网建立连接时会保存各个核心网支持的各个PLMN,用来指示接入的UE连接到正确的核心网。独立载波共享时每个小区广播唯一的PLMN ID,对于UE来说,由于每个小区只有一个PLMN ID,所以其动作行为与非共享网络是一样的。对于共享载波共享模式,每个小区将会广播至少2个PLMN,各家电信运营商终端选择合适的PLMN,将选择结果通知给gNodeB(the next Generation NodeB,下一代基站),gNodeB根据该值进行5G核心网(5G Core,5GC)的选择。具体PLMN的选择由终端实现,参考PLMN(重新)选择过程中如何在所有接收到的广播PLMN ID中选择合适的PLMN,基站侧只需正确地将相应的PLMN ID传递给相应的网元即可。

2.移动性管理

目前,3GPP R15版本支持5G系统内和5G到4G系统之间的移动性。网络共享情况下的移动性管理首先根据协议所支持的范围去支持不同制式间的移动性,同时需要支持共享非共享区域之间用户的移动性。不管是MORAN共享方式,还是MOCN共享方式,从gNodeB的角度来看,基站侧的功能是合理选择目标基站,同时将相应的PLMN ID通知给相应的网元。协议中规定要求只要所选择的PLMN可用于服务UE的位置,UE就不应该改变到另一个PLMN,gNodeB应优先为当前UE选择服务PLMN的基站,如果当前服务PLMN的基站都无法提供服务时,则从移动限制列表中的PLMN进行选择。

3.无线资源共享方式

独立载频共享方式是不同电信运营商使用各自的载频,空口资源完全隔离,不需要专门管理。共享载频共享方式是共享载波需要明确空口资源分配、过载控制、参数协调等多项内容。根据电信运营商的需求,在共享载频共享方式下,gNodeB提供4种无线资源划分方式,需要根据实际情况选定一种配置方式。共享载波下的资源分配方式如图3-2所示(以两个电信运营商为例)。

图3-2 共享载波下的资源分配方式

(1)固定分配

在图3-2中,电信运营商A和电信运营商B固定分配所有资源。

(2)半静态分配

在图3-2中,电信运营商A和电信运营商B各固定分配部分无线资源,剩余部分的无线资源作为电信运营商A与电信运营商B的公共资源,可以在电信运营商A与电信运营商B之间根据负载情况灵活分配。

(3)资源池

在图3-2中,两家电信运营商A和电信运营商B之间无固定的资源分配,两家电信运营商的用户共用所有的无线资源。

(4)超订(Overbooking)

在图3-2中,两家电信运营商A和电信运营商B之间固定分配,在特定的策略及条件下,电信运营商B可以占用电信运营商A的部分资源。但是在电信运营商A需要占用的时候又可以“抢回”该部分资源。

灵活的资源分配策略满足电信运营商实际的资源分配需求,实现电信运营商之间业务量的动态均衡,提高频谱利用效率,同时接纳gNodeB提供共享载频的无线资源控制(Radio Resource Control,RRC)用户比例划分功能,一方面保障电信运营商之间基本的RRC资源,另一方面提升系统整体的RRC资源利用率。

4.网管模式

网络共享下网管的管理包括租赁模式和合资模式两种。其中,租赁模式是指主电信运营商管理所有资源,由主电信运营商将共享资源租赁给其他电信运营商(辅电信运营商),辅电信运营商仅可以读取共享资源,通过采用“角色鉴权+电信运营商过滤”来区分电信运营商权限。网管系统中的数据分为两种:一种带PLMN信息的数据是关联电信运营商专有的数据,另一种不带PLMN信息的数据认为是公共数据。对于电信运营商共享网元,主电信运营商有完全的读取/写入的权限,辅电信运营商有受限部分的读取权限。由于租赁模式简化了授权和管理,所以推荐使用该模式。当然,也可以采用合资模式,即实力相当或差距不大的两家(甚至多家)电信运营商为了提高网络共享模式下的运维效率,联合成立一家合资运维公司,负责共享网络的规划、部署、运营和维护。

5.5G新特性与网络共享

5G新空口技术的引进给5G带来了更多组网方式和网络架构的选择,新增了许多新特性。而针对在各种场景下的网络共享,应该注意的是,在网络共享场景,分布式单元(Distributed Unit,DU)应该支持配置多电信运营商PLMN,同时集中式单元(Centralized Unit,CU)也应该要支持CU连接的所有DU下的PLMN,多个电信运营商共享CU容量,各PLMN提供的能力不能超过CU部署架构下能够达到的能力;同时,5G网络共享支持网络切片,在PLMN内定义网络切片,在不同PLMN之间执行网络共享。在网络共享的情况下,每个PLMN都定义和支持共享网络下的PLMN特定级别的切片。一个网络切片可以是在整个PLMN下可用的,也可以是在一个PLMN下的某个/几个跟踪区下可用的。在电信运营商的一个PLMN网络中,不一定整张网络都支持相同的网络切片集合,也就是说,电信运营商可以根据不同的区域,甚至单点gNodeB划分不同的网络切片集合。 8g71EOlmg45Rlot5ToO1AjIjKrpw/MyreheAeywZoPN/niln7VmCvjCBaFH/h1Nc

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